A. CHÂNV ỊT BIẾN BƯỚC
3.2Tính năng kỹ thuật của chânv ịt biến bước 1 Đặc tính chân vịt biến bước
Chân vịt biến bước hay chân vịt cĩ bước điều chỉnh là lọai chân vịt mà cánh cĩ thể xoay quanh được quanh trục làm thay đổi được bước của chân vịt. Khi cánh quay 1 gĩc
Dφ, gĩc bước thay đổi từφođiến φo + Dφ.
Tùy thuộc vào giá trị của cánh, chân vịt biến bước cĩ các giá trị bước khác nhau. Như vậy đặc tính động lực của chân vịt này cĩ thể xem như tập hợp của đặc tính các chân vịt cĩ bước khơng đổi khi đường kính vẫn giữ nguyên.
Sự thay đổi tỷ số bước H/D kéo theo sự thay đổi của hệ số momen KQ. Vì tỷ số bước lớn hơn ứng với hệ số momen lơn hơn, trong lúc các thành phần khác vẫn giữ nguyên, nên tỷ số H/D tăng kéo theo sự tăng cơng suất ở tốc độ quay khơng đổi, và giảm cơng suất ở momen khơng đổi. Chân vịt trở nên nặng tải hơn, nghĩa là phù hợp với sự làm việc ở tốc độ tàu cao. Tương tự khi bước giảm, chân vịt sẽ nhẹ tải hơn, và điểm sự dụng hết cơng suất sẽ dịch chuyển về phía tốc độ thấp theo sự giảm bước. Chân vịt biến bước cho phép sử dụng hết cơng suất cung cấp cho nĩ ở những tốc độ khác nhau của tàu.
Tỷ số bước lớn hơn ứng với lực kéo lớn hơn. Khi tốc độ quay khơng đổi, tỷ số
QT T
KK K
giảm nếu H/D tăng vì độ hồn hảo của gĩc profin cánh giảm khi gĩc tiến tăng.
Lực đẩy khi momen khơng đổi sẽ giảm khi H/D tăng. Như vậy ở mỗi vị trí cánh ta cĩ giá trị bước xoắn chân vịt phù hợp với lực cản của tàu. Khi giảm bước, chân vịt sẽ làm việc phù hợp với điều kiện thử tại bến và các điều kiện làm việc trụng gian khác.
Hình 20: Sự thay đổi hiệu suất của chân vịt khi bước thay đổi momen và vịng quay thay đổi trong điều kiện khai thác khác nhau.
Ở các bước khác nhau, giá trị KQ khơng đổi tương ứng với hệ số tịnh tiến khác nhau J, các hệ số lực đẩy và các hiệu suất khác nhau ηp .
Như trên hình 18, chỉ cĩ một giá trị H/D ởđĩ chân vịt cĩ hiệu suất lớn nhất. Giá trị này phụ thuộc vào đường kính chân vịt. Vì vậy đường kính chân vịt biến bước phải phù hợp với điều kiện bơi nhất định. Ở các điều kiện bơi khác, hiệu suất chân vịt này sẽ nhỏ hơn hiệu súât chân vịt cĩ bước khơng đổi thiết kế phù hợp với điều kiện đĩ.
Về mặt kết cấu, tỷ số đường kính lõi trên đường kính ngồi đối với chân vịt biến bước lớn hơn so với tỷ số này của chân vịt cĩ bước cốđịnh từ (0,16 ¸0,20) nên hiệu súât chân vịt biến bước thấp hơn (2 ¸ 3)%. Sự khác nhau giữa hiệu suất chân vịt định bước và biến bước càng lớn khi gĩc xoay của cánh so với vị trí ban đầu Dφ càng lớn. Thơng thường chân vịt biến bước cĩ bước khơng đổi theo chiều bán kính (hình 21). Cùng một gĩc Dφ số tăng của bước càng lớn khi bán kính r ở bước đĩ càng lớn. Điều đĩ gây nên sự phân bố tải khơng đều trên cánh, do đĩ làm hiệu suất giảm theo. Khi cánh quay ở một gĩc Dφ, nĩ khơng nằm trên đường xoắn ốc nữa cũng gây nên hiện tượng giảm hiệu suất. Như vậy chân vịt biến bước khi thiết kế phải phù hợp với điều kiện bơi nhất định.
Hình 21: Sự thay đổi bước ở mặt cắt chân vịt biến bước khi cánh quay gĩc Dφ
Sử dụng chân vịt biến bước cĩ khả năng thay đổi bước của chân vịt, làm cho độ lớn và hướng của lực đẩy phù hợp với yêu cầu phụ tải và hướng đi của tàu. Khi thiết kế chân vịt biến bước của một con tàu thường căn cứ vào phương pháp thiết kế chân vịt cĩ bước cố định của chính tàu đĩ, cĩ điều kiện làm việc mà tàu thường gặp khi tàu chạy để lấy tỷ số H/D trong chếđộ cơng tác đĩ làm tỷ số bước thiết kế.
Hình 22: Quan hệ giữa tốc độ tàu với cơng suất
Hình 22 thể hiện quan hệ giữa tốc độ quay với cơng suất, trong đĩ đường cong cĩ bước 1,0 là đường cong cĩ tỷ số bước thiết kế, cịn các đường cong khác là đường đặc tính chân vịt ở các bước khác nhau, (các đường cong đĩ được xây dựng trong điều kiện lực cản khơng đổi). Tửđồ thị ta thấy nếu số bước càng lớn thì ở cùng một tốc độ quay cĩ thểđạt được cơng súât hoặc lực đẩy càng lớn.
hình 23: Thể hiện rõ hơn về quan hệ n-N
Hình 23 biểu thị rõ hơn các quan hệ đã nĩi trên. Đường nét liền là đường đặc tính chân vịt cĩ hệ số bước λp khác nhau, đường nét đứt là đường biểu thị n-N khi tốc độ khơng đổi. Nếu cĩ cùng một tốc độ quay của chân vịt n nhưng các hệ số λp khác nhau: 1,3; 1,1; 0,87 thì ta cĩ tốc độ tương đối là: 0,8; 0,6; 0,4 (các điềm A,B.C trên hình vẽ). Đồ thị cũng cho thấy với chân vịt cĩ bước cốđịnh muốn đảm bảo tốc độ hành trình tương đối là 0,8 thì điểm làm việc của thiết bị là điểm E và n = nE, nhưng nếu dùng chân vịt biến bước thì thiết bị cĩ thể làm việc ở các điềm A, E, F. Điều đĩ chứng tỏ cĩ thể thay đổi cả tốc độ quay, lẫn hệ số bước mà vẫn duy trì tốc độ hành trình của tàu khơng thay đổi và cũng tại điểm A, E, F, D cơng suất của động cơ thay đổi rất ít.
Từđiểm trên nhận thấy điểm A là điểm làm việc kinh tế nhất. Trong thực tế tại điểm A cơng suất tiêu thụ của trục là rất ít và hiệu suất của động cơ ở điểm đĩ là tốt nhất. Muốn tìm hiểu được quá trình vận hành kình tế nhất của thiết bị chúng ta phải tìm được hiệu suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ tại các điềm A, F, D, E (hình 24 ) và lượng tiêu hao nhiên liệu ge, Ne tại điểm đĩ.
hình 24
Đồ thị trên hình 22 cho thấy điểm kinh tế nhất là điểm D mặc dù tại điểm H hiệu súât tiêu hao nhiên liệu của động cơ là tốt nhất, và như vậy dùng loại chân vịt biến bước trong quá trình vận hành cĩ thểđiều chỉnh bước của chân vịt để luơn đạt được tính kinh tế tốt nhất..
Thực tế cho thấy, sự phân tích như trên khơng hồn tồn phù hợp với điều kiện thực tế, vì vậy các đường cong đặc tính khơng thể xây dựng một cách chính xác, tuy vậy nĩ vẫn cĩ giá trị tham khảo. Khi thiết kế, muốn chính xác phải xây dựng theo số liệu thực của tàu.
Đối với tàu kéo (hoặc tàu đẩy) nếu thiết bịđẩy là chân vịt cĩ bước cốđịnh thì sẽ cĩ 3 truờng hợp xảy ra sau đây:
- Nếu thiết kế theo chếđộ hành trình tự do thì lực kéo chân vịt khơng thểđạt tới tốc độ quay thiết kế (thường gọi là chân vịt nặng).
- Nếu thiết kế theo chếđộ kéo thì lúc hành trình tự do, mặc dù đạt được vịng quay thiết kế nhưng chân vịt khơng thể tiếp thu tồn bộ cơng súât (thường ọgi là chân vịt nhẹ).
- Nếu thiết kế chiếu cố cả hai chế độ làm việc thì cĩ khả năng đạt được chế độ tối ưu ở trường hợp này nhưng lại ảnh hưởng xấu cho trường hợp kia. Dùng chân vịt biến bước thì cĩ khả năng cải thiện được tình hình trên.
Sau đây giới thiệu khái quát việc xác định đặc tính của chân vịt. Theo lý thuyết chân vịt, momen quay của chân vịt trong vùng nước tự do là :
52 2
2 n D
KM = r s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});